2018 Fiscal Year Annual Research Report
ヘテロクロニック遺伝子と幼若ホルモンの相互作用による蛹化プログラム制御機構の解明
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18J14314
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
乾 智洋 京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2020-03-31
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| Keywords | カイコ / 脱皮 / 変態 / マイクロRNA / let-7 / 幼若ホルモン / 脱皮ホルモン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、カイコにおいてマイクロRNA let-7が抗変態ホルモンである幼若ホルモンとクロストークし、蛹変態を制御するという作業仮説の検証を行っている。本年度は、let-7ノックアウトカイコを用いた機能解析を行った。
let-7ノックアウトカイコは、終前齢幼虫までは正常に発育するものの、終齢幼虫において摂食期間が延長し、最終的に蛹変態できず前蛹の段階で縊死する。この表現型は蛹変態の鍵遺伝子であるbroadノックアウトカイコの表現型と酷似していた。しかし、let-7ノックアウトカイコの皮膚片を野生型系統カイコ終齢幼虫（ホスト）の体腔内に移植し、ホストの蛹変態後に移植した皮膚片を回収して観察したところ、let-7ノックアウトカイコの皮膚片は蛹クチクラを生産することができていたことから、カイコにおいてlet-7は細胞自律的にはたらく蛹変態の鍵遺伝子ではなく、さらに、let-7を欠損しても脱皮ホルモンや幼若ホルモンのシグナルの受容および伝達は正常に働くことが判明した。
let-7の機能をさらに詳しく解析するために、let-7ノックアウトカイコの真皮細胞および脂肪体において脱皮ホルモンおよび幼若ホルモンシグナル遺伝子の発現解析を行った。let-7ノックアウトカイコでは、これらのホルモンシグナル遺伝子の発現は正常に起こるものの、発現タイミングが遅延していた。脱皮ホルモン合成器官である前胸腺における脱皮ホルモン生合成酵素遺伝子の発現プロファイルを調査したところ、脱皮ホルモン生合成酵素遺伝子の発現タイミングでも同様の遅延が見られた。
以上から、カイコにおいてlet-7は真皮細胞などの蛹変態には直接関与せず、脱皮ホルモン合成などを介して内分泌系の制御に関与し、システミックに蛹変態を制御する可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は当初の計画通り、（1）let-7 変異体および強制発現個体における表現型解析、（2）let-7 の細胞自立性の検証、（3）let-7 とホルモンシグナルの遺伝的相互作用の解析が完了した。これまでに let-7 の機能が報告されている昆虫（キイロショウジョウバエ、チャバネゴキブリ）では、let-7 は翅や神経筋の形態形成など、組織特異的にjuvenile-adult transition を実行することが知られてきたが、カイコでは let-7 は真皮細胞などで細胞自律的なはたらきを持たず、脱皮ホルモン生合成のタイミングなど、内分泌系へのタイミング調節を介してシステミックに蛹変態を制御することが明らかになった。この知見は、カイコのように幼若ホルモンが抗変態作用を持つ昆虫では変態のタイミングが、内分泌系による時間軸とマイクロRNAが刻む発育段階の時間軸が統合されることによって決定される。という作業仮説を支持するものである。
この結果を踏まえ、次年度はlet-7と幼若ホルモンシグナルとの遺伝的相互作用をlet-7ノックアウト系統およびlet-7強制発現系統と幼若ホルモン関連遺伝子ノックアウト系統との交配で作出した二重変異体を用いて行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度は、カイコを用いて 次の実験を行うことで、let-7 と幼若ホルモンの蛹変態制御におけるクロストーク機構を詳細に解析する。
（1）遺伝子発現解析：let-7 強制発現系統における遺伝子発現解析を行い、let-7 強制発現系統の幼虫における早熟変態(let-7 強制 発現系統は通常の終齢幼虫より1齢若い終前齢幼虫から蛹変態)の分子基盤を解析する。
（2）幼若ホルモンシグナル非存在下でlet-7を強制発現させた個体を用いた実験：let-7 が幼若ホルモンとは独立に蛹変態を制御するか否かを検証するために、幼若ホルモンシグナルの非存在下での let-7 の機能解析を行う。種々の幼若ホルモンシグナル変異個体(幼若ホルモン生合成遺伝子変異体系統 mod, JHAMT, 幼若ホルモン受容体遺伝子変異体系統 Met1, 幼若ホルモン誘導性転写因子変異体系統 kr-h1:全て申請者の所属研究室で系統樹立済み)と let-7 強制発現系統との交配によって、 幼若ホルモンシグナルの非存在下で let-7 が発現し続ける状況を作り出して解析を行う。
（3）let-7と幼若ホルモンシグナルの二重変異体を用いた実験：let-7 がカイコの幼虫に蛹変態するための能力(competence for metamorphosis)を与える因子であるか否かを検証するために、let-7 も幼若ホルモンシグナルも存在しない個体(let-7 変異体系統と上記の幼若ホルモンシグナル変異体系統とのダブルミュータント)の機能解析 を行う。
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